기후변화는 생태계 구조와 기능에 영향을 미치고, 특히 기온 상승은 광합성과 생장기간을 변화시켜 식물의 생장에 영향을 줄 것으로 예상된다. 본 연구는 실외 실험적 온난화가 굴참나무(Quercus variabilis Blume) 묘목의 생장, 엽록소 함량 및 순광 합성률에 미치는 영향을 알아보고자, 2010년 4월 묘목을 식재하고, 2010년 11월부터 적외선 등을 이용하여 온난화 처리구의 기온을 대조구보다 3℃ 증가시켰다. 2011년 3월과 2012년 6월에 굴참나무 묘목의 묘고 및 근원경을 측정한 결과 묘고 및 근원경은 온난화 처리구에서 대조 구보다 높았으며, 2011년 3월 근원경을 제외하고 차이는 모두 통계적으로 유의 하
였다. 굴참나무 묘목의 묘고 및 근원경 생장량은 온난화 처리구에서 대조구보다 높았으며, 근원경 생장량(온난화 처리구: 5.6±0.5mm, 대조구: 4.5±0.4mm)에서만 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 지상부 및 지하부 생물량과 총생 물량 증가량의 경우도 온난화 처리구에서 대조 구보다 높았으나, 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 2012년 5월부터 10월까지 굴참나무 묘목의 총 엽록소 함량과 순광 합성률을 측정한 결과 총 엽록소 함량은 5월, 7월, 8월, 9월, 10월에 온난화 처리구에서 대조 구보다 높았으며, 이들 간의 차이는 10월에만 통계적으로 유의하였다. 또한 순광합성률은 5월, 9월, 10월에 온난화 처리구에서 대조구보다 각각 57.0%, 21.4%, 89.6% 높았으며, 5월과 10월에 이들 간의 차이가 통계적으로 유의하게 나타났다. 온난화 처리에 따른 굴참나무 묘목의 생장, 엽록소 함량 및 순광 합성률의 증가 경향은 생장을 일찍 시작하고 늦
게까지 지속함으로써 생장기간이 증가되는 것과 관련이 있을 것으로 추정된다.
1. 서론
기후변화로 인하여 전 지구 연평균 기온은 50-100년 후에 약 1.0-3.5℃ 상승할 것으로 예상되고 있다(Bell et al., 2010; IPCC, 2007). 온도는 육상생태계의 생산성을 포함하여 생물 지구화학적 과정을 조절하는 인자이기 때문에 기온 상승에 대한 생태계 구성요소의 반응을 관찰하는 것이 중요하다(Arend et al., 2011; Hughes, 2000; Rustadet al., 2001). 온난화는 광합성과 생장기간을 변화시켜 식물의 발달과 생장에 직접적으로 영향을 주며(Aerts et al., 2006; Niu et al., 2008; Rustad et al., 2001; Saxe et al.,2001; Xu et al., 2009), 특히 온난화 처리에 따른 식물의 생장 증가는 식물체 내 탄소저장량을 증가시킬 것으로 예상되므로 온난화에 의한 식물의 생장 반응을 알아보는 것이 필요하다(Bronson et al., 2009; Dai et al., 2012; Rustad et al., 2001).
한편 온난화에 의한 반응을 파악하기 위하여 기온을 변수로 하는 모형을 개발하거나 실험적으로 온도를 증가시킨 다음 변화를 관찰하는 연구들이 진행되고 있다(Arend et al., 2011; Euskirchen et al., 2006). 그런데 온난화 연구는 실내 혹은 실외에서 이루어지고 있으며, 실외 온난화 실험은 온도 제어가 어렵지만 다른 환경인자를 자연상태와 유사하게 유지할 수 있어 다양한 생태계를 대상으로 광범위하게 적용되고 있다(Rustad et al., 2001; Wu et al., 2011). 그럼에도 불구하고 실외 온난화 실험은 주로 초지 생태계와 툰드라 생태계에서 진행되고 있으며(Aerts et al., 2006; Ren etal.,2010; Volder et al., 2004), 산림생태계를 대상으로 한 연구는 많지 않다(Rustad et al.,2001).
한편 온난화 처리에 따라 식물 생장 반응은 증가(Rustad et al., 2001; Wan etal., 2005), 감소(Klein et al., 2007), 혹은 변화가 없는(Volder et al., 2004) 등 다양하게 나타나고 있다. 또한 식물의 생장에 관여하는 엽록소 함량 및 순광합성률에 대한 반응도 그 경향이 상이하게 나타나고 있다(조우용 등, 2011; 한심희 등, 2012; Zhao andLiu, 2009). 이것은 온난화 처리에 따른 식물의 생장 반응이 온난화 방법, 식물종, 토양 환경 등에 따라 다르기 때문이다(Lin et al., 2010; Rustad et al., 2001).
국내에서는 온실에서 온도를 높이거나 이산화탄소 농도를 증가시키고 식물의 생장 반응을 연구한 사례가 있으나(김해란, 2010; 정중규 등, 2010; 한심희 등, 2011;2012), 실외 온난화 연구는 조우용 등(2011) 외에 보고된 바가 없다.
한편 우리나라에서 기후변화에 의한 식생변화를 추정한 연구에 의하면 앞으로 참나무류를 비롯한 활엽수의 생장 및 분포 면적이 늘어날 것으로 예측되고 있기 때문에(변재균 등, 2010;신형진 등, 2012), 온난화에 의한 활엽수 생장 반응을 연구할 필요가 있다.
따라서 본 연구의 목적은 1) 우리나라 주요 활엽수종인 굴참나무를 대상으로 실외 실험적 온난화 처리에 따른 묘목의 생장, 생물량, 엽록소 함량 및 순광합성률을 측정하여 2) 온난화가 굴참나무 묘목의 생장, 엽록소 함량 및 순광합성률에 미치는
영향을 알아보는 것이다.